本文经微信民众号“星球科学谈论”授权转载,作者:云舞空城,设计:陈睿婷、陈静怡,编辑:谢禹涵、张楠。星球科学谈论,星球研究所旗下品牌,科学、探索、好奇。头图泉源:IC photo
2020年的3月注定将载入史册。一边是来势汹涌的新冠病毒肺炎疫情在全天下快速扩散,另一边是掌控着天下40%以上油气产量的巨头们撕破脸皮[1]。
面临在OPEC 集会中坚持不再减产的俄罗斯,沙特阿拉伯决意提升石油产能抢占市场,石油价钱战毫无征兆地开打。3月9日,玄色星期一,天下油价凶猛杀跌,跌幅跨越30%。
工业原料价钱下跌一样平常对天下经济是利好信息,但美国油气生产成本较高,快速伸张的新冠肺炎疫情也使人们对未来经济增进的信心不足,此时的油价暴跌则对金融市场发生进一步打击,引发当日美股暴跌,跌幅跨越7%,触发熔断,戳破了美国股市自08年次贷危急以来延续上涨11年的泡沫。
近期国际两大油价颠簸曲线 | WTI油价和布伦特油价是两种最主要的原油价钱指数,本轮下跌从3月9日(周一)最先,至3月18日双双降至最低点。图源@Oilprice.com
随后,油价和美股发生连锁反应。3月18日,WTI原油价钱最低跌至20.37美元一桶,这是2002年最低18.02美元/桶以来,油价最低的一次;美股也在3月9日、12日、16日、18日接连发生四次熔断,加重了众人对经济危急的担忧。
在新冠肺炎和石油价钱战的双重影响下,天下经济掀开血腥漆黑的一页。这颗星球上的石油巨头们正在撕下最后的面具,一场巨人之间的战争已经发作。这一切究竟是怎么来的,又将把历史的车轮带到何方?它对中国的未来意味着什么,又会对中国老百姓的生涯带来什么改变?
谁作育了石油巨人们?
石油和大部门自然气产自古代海洋或湖泊形成的地层里,大量生物(主要为浮游生物)遗骸逐渐积累,与泥沙一起形成岩石,经受高温高压的革新后,释放出庞大的烃类物质,重者为油,轻者为气[2]。油气从面积普遍的烃源岩中形成,在地下经由庞大的运移历程,保留在具有储存能力的地层里,成为今日或大或小的油气田。
石油成因简朴示意图 | 有机成因仍是国际学术界公认的石油成因,现在天下各国都使用该学说指导石油生产;无机成因仅能注释部门自然气的形成,尚未发现无机成因的石油,详情可参考文献[2,24]。图源@WSGS | 美国怀俄明州地调局[3],有改动
天下差别区域经历过截然差别的地质演化史,因此各国也有全然差别的石油资源禀赋。古代海洋形成的地层里容易发现石油,这一征象在上世纪初即已发现,被称作“海相生油”学说。
现代石油资源储量靠前的国家里,大部门都曾在最近2亿年中被大局限海洋笼罩,油气则主要产自古代海洋形成的地层。以沙特阿拉伯为例,在1.9亿年前的侏罗纪,它的河山照样位于热带四周的温暖浅海,并一直连续到厥后的白垩纪。浮游动植物生生不息,海洋里的搏杀也日夜不停,无数有机质聚积到海底,孕育出一系列生油岩,最终形成厚实的石油[4]。
2018年天下石油资源探明储量排行 | 由于自然气的探明储量、产量排名与石油大为差别,这里未予展示,下文亦主要以石油为例。制图@陈睿婷 | 星球科学谈论
上世纪50年月末,中国的石油工作者发现大庆油田,其所在区域于白垩纪时曾经是面积宽大的淡水湖泊,湖底聚积了厚实的有机物,因此该油田的发现也被视为“陆相生油”学说强势崛起的标志,是对“海相生油”学说的继续与生长。
海水退出中国的年月较早,中国已发现的油气资源绝大多数形成于陆上湖泊环境[2,5],而无论是面积、存续的时间、承载的生物量照样最后的油气天生潜力,陆上湖泊都无法与海洋相提并论,这一先天不足注定中国没有成为石油巨人。
现代的石油勘探者早已不再以海陆的界线约束自己的头脑,而是起劲运用一切新思绪和新科技在全天下寻找石油,将石油资源枯竭的时间一再推延。最近一次的重大突破,是一场被称作“页岩气革命”的事宜,它改变了天下能源款式,改变了石油行业的面目;它给整个星球带来一波又一波的转变浪潮,也直接引发了石油价钱战争。
以是,想要领会近期石油价钱战的前因后果,首先需要领会什么是页岩气革命。
什么是页岩气革命,革了谁的命?
页岩气革命是常见于媒体和业界的一个词汇,它常被用来描绘美国从2004年前后最先的大规模页岩气勘探开发,厥后也被延伸到开采方式与页岩气相似的页岩油和致密油气领域。2012年起,一个类似词语“致密油革命”也常见于媒体报道。近年来,页岩油气和致密油气的勘探及开发突破,是美国石油储量和产量双双大增的主要缘故原由[7-8]。
美国、沙特阿拉伯和俄罗斯的近年石油产量转变图 | 2008年,美国石油产量止跌转升,成为天下能源款式中最大的黑马。制图@陈睿婷 | 星球科学谈论
页岩气/致密油革命不是一些人口中的圈套,它是对人类石油工业的一次重大推翻,改变了人们的油气勘探工具、油气开采手艺和油气勘探思绪。
在微观的天下里,岩石实在更像海绵,内部门布着或大或小、或多或少的孔隙,稀奇以沉积岩(如砂岩、泥岩、石灰岩等)含较多孔隙。
电子显微镜下的石英砂岩 | 视场宽度4毫米,大块的颗粒是石英砂粒,外面附着了一些黏土矿物。玄色的空间即为砂岩颗粒之间的孔隙。图源@EMGS (中土东部地质协会,一个英国民间自觉的地质工作者及爱好者协会,详见emgs.org.uk)
油气和地下水等流体,便漫衍在岩石颗粒之间的孔隙里,毗邻孔隙空间的狭窄通道被称作孔隙喉道(简称孔喉,如下图b)则限制着流体在地下的流动[2]。当孔喉直径较大时,流体的运动通畅,反之则受阻。
流体在沉积物孔隙中的流动示意图 | 流体在孔隙内储存和流动,孔隙喉道的尺寸是制约流动的主要指标。图源@苏黎世联邦理工学院(ethz.ch),有改动
通例油气储存在孔喉直径较大(微米级,μm)的岩石内,易于流动,传统手艺即可开发。页岩油气和致密油气储存在孔喉直径较小(纳米级,nm,1μm=1000nm)的岩石内,不易流动,传统手艺难以有用开采[9]。而差别尺寸的孔喉背后,对应着一系列地质学细节差异,例如储存岩石类型差别、储存位置差别、储存面积差别等。
油气类型与储集空间孔喉直径的关系示意图 | 从通例油气到非通例的致密和页岩油气,一个本质区别就是储集空间的孔喉直径差别,而造成这一差别的缘故原由则是差别储集岩石的地质特征差别。图源@文献[7]
一样平常来说,通例油气在地下加倍活跃,能够在岩石里徐徐流动,寻找到合适的栖身之所,形成面积大小不一的油气藏,人们可以使用垂直钻井举行有用开采。然则这种方式面临油气不易流动,且面积宽大的页岩油气资源和致密油气资源时,效果却不太好,人们需要一种新手艺来开发此类页岩和致密油气资源。
通例油气藏与非通例油气藏示意图 | 非通例油气藏的规模一样平常大于通例油气藏,特征也有很大差异,因此需要差别的开采手艺,如图中的水平井。图源@WSGS | 美国怀俄明州地调局[3],有改动
后面的故事,人人都很熟悉:美国依附其壮大的科技和工业实力,率先将水平井分段压裂手艺研发成熟并商业化。这种手艺可以显著增添钻井与地层的接触面积,填补地下油气流动性的不足,让更大面积岩层里的页岩/致密油气获得有用行使。
水平井和垂直井的区别示意图 | 垂直井只能有用行使一小片地层,但水平井可以行使很大一片地层。图源@conchoenergy.net,有改动
水平井增添接触面积的同时,分段压裂又将一大片地下岩石击碎,使隐藏在岩石内部的油气最大水平释放出来,从而获得有用采集。
经由压裂的水平井网相当于打碎了一层地层 | 地面只需要少数的井场,就可以通过特殊的钻井方式制造井网,然后压裂一大片地层,高效吸取油气。图中白色的“絮状物”示意地下岩石中的压裂痕,可见“打碎地层”所言非虚。图源@fractracker.org[10]
21世纪的第一个十年里,美国率先大规模开发页岩(油)气和致密油气资源,迅速扩展本土油气勘探边疆。在次贷危急周全发作的2008年,美国石油行业一枝独秀,石油年产量止住了延续24年下跌的势头,重新回升[7-8]。
今后,美国石油产量保持6.7%的年均速率快速增进,日产原油量至2018年时翻了2倍,酿成10.96百万桶/日[1],跨越沙特阿拉伯,成为天下第一石油生产国。
美国原油日产量历史转变曲线 | 2008年,美国原油产量一改延续20多年的下跌势头,最先一起走高。与70年月的高产量主要由通例油气组成差别,此次增进主要依赖页岩油和致密油。图中2018年数据与文献[1]略有差别,可能是统计口径不一样所致。图源@EIA | 美国能源信息署
在详细的能源组成上,页岩气和致密油所占比重更是以惊人速率膨胀。至2018年时,致密油和页岩油占有全美石油产量的60%,致密气和页岩气占有全美自然气产量的70%。昔日不起眼的吴下阿蒙,今日已成国之栋梁,不可同日而语也。
住手2018年12月的页岩气及致密油产量占比 | 美国语境中的“致密油”,大致相当于中国语境下的“页岩油 致密油”。“干气”指的是完全由甲烷组成的自然气。图中种种彩色区域示意美国差别的非通例油气生产区块。图源@EIA | 美国能源信息署
美国石油产量及结构的转变搅动了天下,它是最近十余年里显示最为抢眼的单一产油国,增速和增幅位居全球首位。这一切都归结于那一场绝非圈套的页岩气/致密油革命。而在一片“美式风景无限好”的背后,则是一群传统产油国的困窘和挣扎,和因此而起的石油价钱战争。
转变中的石油星球
革命不是请客吃饭,而是刺刀见红。页岩气/致密油的革命,革了传统产油大国的命。在天下油气生产版图上,石油输出国组织(OPEC,欧佩克)向来是一个重量级的玩家,现在由13个国家组成,漫衍在三个大洲。
2018年底的欧佩克国家组成及石油探明储量占比 | 厄瓜多尔于2020年1月退出欧佩克,但图片上的数据住手时间为2018年底,故仍包罗厄瓜多尔。制图@陈睿婷&陈静怡 | 星球科学谈论
这些国家地质禀赋优越,坐拥全球近80%的石油探明储量且易于开发,历久占有天下40%以上的石油产量份额,这便给了它们通过控制自身产能来左右国际油价的能力。
近年来欧佩克占天下石油产量比例的转变图 | 历久以来,欧佩克供应着全球40%以上的原油,因此该组织的一举一动都影响着国际油价。欧佩克现在包罗13个国家,卡塔尔于2019年头退出,厄瓜多尔于2020年1月退出,但此图数据额住手2018年,仍包罗这两个国家的数据。制图@陈睿婷 | 星球科学谈论
反观历史上的若干次石油价钱危急,OPEC都通过起劲调整自身产能,在油价大幅下跌后不久一样平常就能重新将油价推高到适当位置。2001年的911恐怖袭击事宜,另有2008年次贷危急引起的油价暴跌中,OPEC均通过起劲减产逐渐推高油价,重振市场环境。
欧佩克三次减产协议后两年内的油价转变曲线 | 1998年金融危急后,减产并未很好推高油价,但01年和08年都有用推高了油价。图源@Forbes.com,有改动[11]
对于欧佩克来说,“减产保价”已经成为一种轻车熟路。但在页岩气/致密油革命已经开花效果的时代里,事情变得加倍庞大起来。2014年,在做出全球经济增进放缓,需求削弱判断的前提下,欧佩克国家做出了相反操作,接纳自动增产的方式压低原油价钱。
欧佩克闲置产能与WTI油价关系图 | 可以看出二者的转变关系,和欧佩克的增减产状态。图片右侧是基于2019年第四季度数据做出的展望,现在已经被现实油价打破。图源@EIA | 美国能源信息署
这与美国石油产量首次跨越俄罗斯和沙特成为全球第一正好同时发生,想必不是巧合。2014年6月油价大跌后,美国石油行业显示出显著颓势,新增钻井数目大幅下降,其中住手的绝大多数是成本较高的水平钻井,即用于页岩气和致密油开发的钻井。
每周活跃钻井数目与油价的关系 | 2008年后,每周活跃钻井数目激增,这是由于页岩/致密油气井的产量会快速衰减然后稳固保持在较低水平,以是需要不停打井稳固产能。2014年油价暴跌后,成本较高的水平井数目骤减。图源@Attenbablercommodities.com
然而,油气出口是俄罗斯和沙特主要的财政收入渠道,过低的油价除了危险美国的页岩/致密油气产业,同样也像一把双刃剑影响着两国经济。更何况,自2014年最先,俄罗斯先后介入乌克兰冲突和叙利亚战争,沙特也在2015年介入也门内战,至今未能脱节泥潭。
战争是一头吞金巨兽,两国迫切需要增添财政收入。在继续增产以低价卖油,照样减产提升油价之间,两位巨头需要稳重选择。
经由漫长的扯皮,2016年底,OPEC和非欧佩克国家俄罗斯达成了大规模减产协议,以求将油价保持在一个较稳固区间。新闻传出,国际油价应声大涨。减产协议于2017年1月1日生效,但在19天后,力主美国能源自力的特朗普就任美国总统,再一次改变了游戏规则。
随着一系列促进能源行业生长的政策落地,只用了两年,美国就将处在限产中的俄罗斯和沙特远远甩在死后,以一国之力到达了整个欧佩克石油产量的37%。与此同时,规模增添和手艺进步使美国页岩/致密油气的开发成本一起走低,从2011年的0.99美元/立方米下降至2018年的0.38美元/立方米,降幅到达62%[12]。
到2018年,美国成为全球石油出口贸易增幅最大的国家,以7.8%的增幅傲视寰宇。甚至可以以为,欧佩克和俄罗斯几回自动压缩产能的效果,相当于将石油出口贸易市场的新增份额,拱手让给了页岩气/致密油凶猛发作的美国。
近年来的天下石油出口款式转变 | 十年间,美国石油出口占有的市场份额快速增进。制图@陈睿婷 | 星球科学谈论
这也难怪为期三年的限产协议到期后,俄罗斯要坚定拒绝“减产保价”的提议,而要不惜以“增产压价”的方式抢占更多市场份额,同时打压美国页岩气/致密油的未来生长。石油三巨头鼎立的时代里,美国注定会在重振石油行业的道路上继续走下去;俄罗斯则要抢占未来潜在市场。
于是,留给沙特和欧佩克传统低价产油国的选择,实在只有一个:增产压价,薄利多销,抢占市场,以打促谈。
对于这些石油巨头,短期油价的上下颠簸或可蒙受,石油产能此消彼长造成的出口市场份额流失则是更大的损失。然则对于中国这样的石油入口国来说,却又是另一番局势。
油价战争若何影响中国?
中国从来不是石油储量大国,贫油的阴霾从未真正从中国的天空里消失:只管2018年产量居全球第7位,但中国油气资源储量落伍,仅居全球第13位,仅占全球已探明总储量的1.6%[1]。石油巨人的帽子不仅戴不到中国头上,而且储量排名和产量排名的倒挂,反倒体现出能源安全存在风险。
2018年主要产油国的石油产量排行 | 中国以全球第13位的探明储量,生产了全球第7位的石油,产量与储量发生倒挂。制图@陈睿婷 | 星球科学谈论
在巨头们厮杀的战场里,中国没有发言权。作为天下最大的油气入口国,只能被动接受石油价钱战带来的一切效果。
在2008年和2014年的两轮油价暴跌后,中国的石油勘探行业也遭受严重挫折,相关专业毕业生的本行业就业率一起走低,中石化甚至在2012年底曾一度传出次年不招工的新闻,后予以辟谣[13]。
在海内各大老油田,油井开工情形受到严重影响,直接造成一批石油从业者的生计受到影响。由于中国油企还承担着维持社会稳固的责任,无法像国际偕行一样通过大量裁员减轻财政负担[14],于是许多油田不得不让失业职工通过歇工转产来维持生计[15]。
中石化胜利油田采油工转产营生的相关报道 | 类似的事情近年来在天下多个油田都有发生。截取自@《中国能源报》[15]
作为石油净入口国,油价降低总体上对中国是利好新闻。位于石油产业链条下游的炼油和石化板块可以行使油价低迷在外洋大肆扫货,一定水平上平衡了上游勘探板块亏损,也可以弥补国家战略油气贮备。制品油和化工原料生产行业的成本价下降,会动员海内制品油价和商品成本降低。
然而,中国石油生产成本较高,为了维持海内石油上游产业的正常生计,珍爱海内油气勘探开发队伍的正常生计与生长,为国企改革争取平稳过渡期,国家发改委于2016年推出了制品油价钱上下限(天花板价和地板价)机制,规定当全球油价高于130美元或低于40美元一桶时,海内制品油价钱不再随之转变。
换言之,当3月9日国际油价跌破40美元时,海内制品油价钱就已经定格了。3月17日的油价下调后已经触及40美元的“地板价”[26],未来应该不会继续降低。
从天下的层面,油价低迷时刻增添石油入口份额,扩大石油下游的炼油、石化产能似乎就足够了。但从能源安全的角度,这也意味着将中国能源安全的命门拱手让人。看着已经跨越70%且还在增进的石油入口比重,从国家到行业,都要有所作为。
要找更多的油气,就需要有康健生长的人才队伍和康健的勘探行业。依赖政策的珍爱和盈利板块的平衡,终究不是一个行业赖以生计的久远之计,中国的石油行业必须找到破局之路,而这条路,恰恰就是中国版的页岩气/致密油革命——这也许即是石油价钱战争带给我们的最大启示[9]。
近年海内页岩/致密油气勘探希望的相关报道 | 四川和重庆有着厚实的页岩气储量。截取自@上观新闻网[25]
自从这场革命首发于美国以后,它的影响力早已传遍天下。各国的石油勘探者纷纷行动起来,运用新理论和新手艺寻找本国的页岩油气和致密油气。同样的情形也出现在中国:只管油价不再高企,但各大油公司投入巨资在海内起劲勘探,国家也放宽政策,引入多种市场主体睁开勘探竞争,而且已经最先获得主要希望。
在学术界,以“页岩气”“页岩油”“水平钻井”“分段压裂”“致密油”“致密气”等术语作为关键词的中文论文出现井喷之势。
与“页岩气革命”相关的若干术语做关键词的论文数目转变图 | 2008年以来,以“页岩气”为关键词的论文数目大增,2012年后,以“致密油”为关键词的论文数目大增,这体现了我国学界紧跟天下页岩/致密油气潮水。制图@陈睿婷 | 星球科学谈论
在产业界,经由10多年的探索与实践,中国页岩/致密油气的勘探捷报频传,产量也在快速攀升。住手2018年,非通例油占原油总产量的10%,非通例气占有自然气年产量的34%[12],这其中大部门来自页岩/致密油气。
从储量的角度,只管中国以陆相为主的中-新生代地质演化史决议了这片土地油气总量不大。但借助全新的勘探思绪,人们照样在已有通例油气资源之外,发现了厚实的页岩油气和致密油气。
凭据2013年美国能源信息署(EIA)测算,我国页岩气的手艺可采储量位居天下第一,致密油的手艺可采储量位居天下第三[16]。今后,中国进一步加大勘探力度,储量数据也在逐渐扩大。
EIA凭据公然资料测算的主要国家页岩气和致密油手艺可采储量排名 | 手艺可采储量是指在当前手艺条件可供开发的资源量,大于探明储量,且无视经济性。EIA原文里,左表使用的是“页岩油”,但结合现实报道,应改为“致密油”加倍合适。图源@EIA | 美国能源信息署[16-17]
从漫衍的角度,险些各个老油气田都具有勘探页岩/致密油气的潜力,这也使得中国的石油工业有了焕发第二春的可能。其中,长庆油田的致密油和四川、重庆境内的若干页岩气田已经走在了天下的前线。
中国主要的页岩油气和致密油气漫衍 | 图上可见四川及川东区域、山西、陕西、华北、东北和西北区域都有漫衍。图源@文献[18]
有没有可能借助这场革命实现中国版的能源自力呢?客观来说,很难,难点主要有四种:
有地质禀赋的自然差距,陆相地层的油气潜力有限,而中国古老海相地层的埋深大、保留差,晦气开发;有地震活跃带与页岩/致密油气漫衍区重合度高带来的潜在压裂诱发地震风险[19-21];有低油价靠山下营收昏暗的外界因素;另有资源区地形庞大、自然条件艰辛、水资源漫衍不均等客观因素的制约。
2016年四川某页岩气田小地震的震源与水平井压裂的相关性剖析 | 上图:地震震源凭据时间举行了填色;左下图:震源在平面的漫衍图,体现与注水井的位置关系;右下二图:注水时期发生麋集小地震震源的垂直深度漫衍图,可见震源漫衍在页岩层上下较小局限(1~3km)内。图源@文献[19]
但这些难题并非无法战胜。只管地质禀赋先天不足,但现在发现的页岩油气和致密油气资源量也足够开发许多年;只管有压裂诱发地震灾难的风险,但可以通过避开地震活跃带的方式加以规避;只管现在营收不佳甚至有时入不敷出,但通过健全下游产业链、生长规模化生产和加大新手艺研发力度,成本另有继续降低的空间;只管有种种自然条件的约束,但通过合理选址和水资源调配,这些因素的影响亦可降至最小。
这场革命既然已经最先,中国的石油人就不会住手起劲。不奢言成为下一个石油巨人,也无意介入巨人之间的价钱战争。只求能将中国的能源安全红线向上提高一些,让油气的对外依存度向下降低一些,辅助中国加倍平稳地过渡到以新能源为主的时代。
未来,或许可期。
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[23] EIA adds new play production data to shale gas and tight oil reports (https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=38372)
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[25] 上观新闻. 中国页岩气勘探再获突破,四川盆地发现千亿方级大气田. 2019-03-25. (https://www.jfdaily.com/news/detail?id=140980)
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